以沥青为黏结剂的粉矿制取团矿的方法和该团矿及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种粉矿制取团矿的方法，尤其涉及一种以沥青为黏结剂的粉矿制取 团矿的方法和该团矿及其应用。
【背景技术】
[0002] 沥青是煤焦油、石油蒸馏的残渣，因其化学组成主要为碳和氢，并具有优异的绝缘 性、隔热性、防水、防腐、防锈等性能而广泛用于国民经济各领域。上至国防尖端工业、电子 电器工业、大型先进制造工业必需的各类碳素材料如宇宙飞船上的碳素纤维，钢铁工业、电 解铝工业、铁合金冶炼和黄磷生产所必需的沥青焦、石油焦和各类电极，下至建筑工业、电 气工业所需的防水、防腐、隔热材料、绝缘材料，以及遍及城乡的柏油马路，无一不是以沥青 为原料建制的。在人类改造自然、征服自然中沥青称得上是一位默默无闻的功臣。沥青同时 也是一种性能优异的黏结剂，广泛用于型煤、型焦生产和各类金属、非金属矿粉的造块。以 沥青为黏结剂制备的金属、非金属矿粉团矿，具有强度高、耐高温、抗水、可长距离运输、不 带入杂质、不降低矿石品位的优点，为其他种类黏结剂所不及，是大受高炉、电炉冶炼欢迎 的人造块矿黏结剂。数百年来，针对沥青价较高、加热过程中析出污染物的缺点，科研人员 进行了一系列的技术创新，为降低团矿的生产成本及其安全使用作出了重要贡献。
[0003] 粉矿加黏结剂造块是1799年夏瓦内（chavanne)建议以焦油和沥青的混合物为 黏结剂将焦粉制成焦块而开始的。但是直到1832年，第一次采用圣.埃蒂内城（Etienne) 的马尔扎伊斯（E.Marsais)的专利，用烟煤沥青作为黏结剂后，人们才谈得上有效使用黏 结剂的问题。十年后，待马尔扎伊斯使用软沥青得到较牢固的团块后，才开始了这种方法 的压团工业生产。在此以后，烟煤沥青就有效的用作压团的黏结剂。传统的以沥青为黏结 剂的粉矿制团工艺主要由制备生团和生团加热脱氢固化两步组成。其中成型方法主要有 四种：①、粉矿或精矿配入沥青、经破碎混磨，再经水蒸汽加热使沥青液化、混捏，趁热压团。 此法所制备的生团具有一定的机械强度，不需使用添加剂，因此不降低团块品位；但是需用 蒸汽加热，一般情况下还需要备置锅炉；②、粉矿或细粒精矿配入细粒沥青，再配入澎润土、 消石灰、木质素黄酸盐等添加剂，经混磨，在常温下成型制团。此方法在制备的生团过程中 混合料不需加热，工艺较简单，但是需使用添加剂，从而增加造块成本，而且生团强度不高， 另外添加剂会带入杂质，降低团块品位；③、先将沥青加热液化，再经喷雾装置将液化沥青 喷入已加热的粉矿或细粒精矿，经混匀后趁热压团。此法所制备的生团具有一定的机械强 度，不需使用添加剂，因此不降低团块品位；但粉矿、细粒精矿和沥青需要分别加热，工艺复 杂；④、将沥青细碎制成沥青乳化液喷入粉矿，经混合后压团。此法所制备的生团具有一 定的机械强度，不需使用添加剂，因此不降低团块品位；但沥青需细碎并乳化，工艺也很复 杂；⑤、粉矿或细粒精矿配入细粒沥青，混碾，经微波加热，热压成型。此法所制备的生团具 有一定的机械强度，不需使用添加剂，因此不降低团块品位；尤其是混合料采用微波加热， 方法先进。按生团加热处理及球团矿应用方式和场合不同，其工艺又分为（1)、生团不经 进一步加热处理直接应用。这在以沥青为黏结剂的煤粉制团即型煤生产中多见（参见"沥 青乳化液黏结剂型煤的实验研宄"太原理工大学学报2001. N〇6 煤粉制团的黏结剂"《第 三届国际造块会议论文选》，烧结球团编辑部出版，1983. 3, PP407-408)。生团不经进一步 加热处理直接应用，其缺点是强度低，而更重要的是这种团矿在燃烧时散发有害烟气而引 起环保问题，因此使用受到限制。德国甚至早在1979年1月颁布的废气污染防护法中就 规定，沥青黏结的型煤团矿只有经过加热再处理后才能使用；（2)、生团直接高温固化即在 还原气氛下进行焦化（参见《煤质与炼焦》，煤炭科学院煤化所焦化室编，冶金工业出版社 1985. 3PP170-177)，此法成品团矿脱氢彻底，不含焦油，使用安全；缺点是生团未经氧化加 热处理，所加沥青没有经过氧化缩聚反应，使团矿产生强度的碳质"连接桥"发展不充分，所 以沥青消耗大，成品团矿质量不高；（3)、生团在中等温度下进行氧化加热处理，但不再进行 提高温度的非氧化气氛下的脱氢和碳化固结。如此制备的成品球团因所加沥青经过氧化 缩聚反应，碳质"连接桥"发展较充分，所以强度提高，可一定幅度减少沥青消耗。但因未经 提高温度的非氧化气氛下的脱氢和碳化固结，所加沥青作为黏结剂的强度潜能未能充分发 挥，又未经缓冷熟化处理，所以成品团矿的强度仍然较低，沥青消耗仍然较大。另外，团矿在 中等温度和氧化气氛中进行加热处理，如果温度控制不严，团矿将发生氧化，其中的碳将燃 烧，团矿将因此丧失强度。可见以沥青为黏结剂的传统制团方法存在诸多缺点。如中国专 利文献CN201110367213公开了一种冶炼钛渣的方法，该方法主要分三步：第一步是在钛精 矿中加入黏结剂和还原剂、经混碾后压团，生团用第二步即转底炉预还原烟气加热干燥；第 二步是在转底炉中进行干团的预还原，熔分电炉的烟气返回转底炉利用；第三步为电炉熔 分预还原球团，产出富钛渣和生铁。沥青是该方法使用的一种球团黏结剂。生团干燥温度 为200-350°C。生团在200-350°C的温度下干燥，粘结剂沥青中的有毒化合物将部分挥发进 入烟气，但因温度低其所含有毒化合物不能完全脱除而随干球进入底转炉，在底转炉的高 温下彻底挥发进入底转炉烟气。将这种烟气直接或经间接冷到200-350°C后供给干燥器干 燥生球，加上生团干燥挥发进入烟气的有毒碳氢化合物，干燥废气中将含超量的有毒有害 成分，直接排空将对环境造成严重污染。另外，此种冶炼钛渣的方法中黏结剂种类多，选购 组织费事，同时也增加了黏结剂加工、配制、运送、添加、管理的麻烦。加之生团仅经过干燥 处理即进入转底炉使用，沥青的粘结功能没有得到充分挖掘和发挥，结果是球团制备工艺 复杂、消耗大、成本高、球团强度低，仅可满足转底炉、电炉的使用要求，另外还存在严重的 环保问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能使团矿彻底脱氢、 大幅度提高成品团矿强度、降低沥青消耗，解决烟气污染问题，同时还能使成品团矿品位又 不降低的以沥青为黏结剂的粉矿制取团矿的方法和该团矿及其应用。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0006] -种以沥青为黏结剂的粉矿制取团矿的方法，包括以下步骤：
[0007] 1)以粉矿为原料、以沥青为黏结剂制成生团矿；
[0008] 2)对所述生团矿进行干燥脱水；
[0009] 3)对所述干燥脱水后的生团矿依次进行一次脱氢和二次脱氢；其中一次脱氢在 强氧化性介质中进行，二次脱氢在弱氧化性或中性介质中进行；
[0010] 4)对步骤3)后的团矿进行碳化固结，碳化固结后的团矿焖炉缓冷至温度低于 300°C，即制得成品团矿。其中，上述的生团干燥、一次脱氢、二次脱氢、碳化和闷炉冷却在同 一台多功能链蓖机上进行。
[0011] 上述的粉矿制取团矿的方法，优选的，所述步骤3)中，强氧化性介质中氧气的 体积含量为15. 0%~16. 0% ;-次脱氢的温度为370~390°C，一次脱氢的时间为20~ 40min。所述强氧化性介质是指一次脱氢采用燃料燃烧的烟气供热时，其空气消耗系数η > 1，优选η = 4. 0~4. 6。供热燃料优选为气体燃料。
[0012] 上述的粉矿制取团矿的方法，优选的，所述步骤3)中，二次脱氢的温度为530~ 580°C，二次脱氢的时间为10~25min，所述弱氧化性或中性介质中氧气的体积含量不超过 6. 8%;即二次脱氢采用燃料燃烧的烟气供热时，其空气消耗系数1 < η < 1. 6 (具体的，η = 1时为中性介质；1 < η < 1. 6时为弱氧化性介质）。供热燃料优选为气体燃料。当燃料燃 烧的烟气温度过高时，为使二次脱氢的载热介质温度满足工艺要求，二次脱氢产出的尾气 部分返回二次脱氢段以降低载热介质的温度。一次脱氢和二次脱氢产出的尾气可在专设的 焚烧炉内焚烧脱毒除害后排空，或者输送至步骤4)用作碳化固结供热燃料燃烧的氧化剂。
[0013] 上述的粉矿制取团矿的方法，优选的，所述步骤4)中，碳化固结的温度为640~ 680°C，碳化固结的时间为15~40min ;碳化固结在非氧化气氛中进行；所述非氧化气氛包 括中性或弱还原性气氛。所述中性或弱还原性气氛是指当碳化固结采用燃料燃烧的烟气 供热时，其气体氧化剂的消耗系数1多η > 0. 93 (具体的，η = 1时为中性气氛；1 > η > 0. 93时为弱还原性气氛）。所述气体氧化剂包括空气和一次脱氢和二次脱氢产出的尾气。 碳化固结采用燃料燃烧方式供热，供热燃料优选气体燃料。当燃料燃烧的烟气温度过高时， 为了使球团碳化用载热介质的温度满足工艺要求，球团碳化产出的尾气部分返回球团碳化 段，以降低载热介质的温度。碳化固结产出的尾气可以输送至步骤2)用作生团干燥脱水载 热气体；或者经净化后排空。
[0014] 上述的粉矿制取团矿的方法，优选的，所述步骤2)中，生团矿干燥脱水在低于 180°C的温度下进行，干燥脱水的时间为20~40min。更进一步的，生团矿干燥脱水在 100°C~160°C的温度下进行。生团干燥脱水干可在氧化性、中性或还原性气氛中进行。其 载热介质可以是碳化固结的尾气，燃料燃烧的烟气和热空气。所述氧化性、中性或还原性气 氛是指：当干燥脱水的载热介质为热空气时